Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ) является широко используемым водорастворимым полимером, широко применяемым в фармацевтике, косметике, пищевой и промышленной областях, особенно при приготовлении гелей. Его физические свойства и поведение при растворении оказывают значительное влияние на эффективность в различных приложениях. Температура гелеобразования геля ГПМЦ является одним из его ключевых физических свойств, которое напрямую влияет на его производительность в различных препаратах, таких как контролируемое высвобождение, образование пленки, стабильность и т. д.
1. Структура и свойства ГПМЦ
HPMC — это водорастворимый полимер, полученный путем введения двух заместителей, гидроксипропила и метила, в молекулярный скелет целлюлозы. Его молекулярная структура содержит два типа заместителей: гидроксипропил (-CH2CHOHCH3) и метил (-CH3). Такие факторы, как различное содержание гидроксипропила, степень метилирования и степень полимеризации, будут иметь важное влияние на растворимость, поведение гелеобразования и механические свойства HPMC.
В водных растворах AnxinCel®HPMC образует стабильные коллоидные растворы, образуя водородные связи с молекулами воды и взаимодействуя со своим скелетом на основе целлюлозы. При изменении внешней среды (например, температуры, ионной силы и т. д.) взаимодействие между молекулами HPMC изменится, что приведет к гелеобразованию.
2. Определение и факторы, влияющие на температуру гелеобразования
Температура гелеобразования (Gelation Temperature, T_gel) относится к температуре, при которой раствор HPMC начинает переходить из жидкого состояния в твердое, когда температура раствора повышается до определенного уровня. При этой температуре движение молекулярных цепей HPMC будет ограничено, образуя трехмерную сетчатую структуру, в результате чего образуется гелеобразное вещество.
На температуру гелеобразования ГПМЦ влияет множество факторов, одним из самых важных из которых является содержание гидроксипропильных групп. Помимо содержания гидроксипропильных групп, на температуру гелеобразования влияют такие факторы, как молекулярная масса, концентрация раствора, значение pH, тип растворителя, ионная сила и т. д.
3. Влияние содержания гидроксипропила на температуру геля ГПМЦ
3.1 Увеличение содержания гидроксипропильных групп приводит к повышению температуры гелеобразования.
Температура гелеобразования ГПМЦ тесно связана со степенью замещения гидроксипропила в его молекуле. По мере увеличения содержания гидроксипропила увеличивается число гидрофильных заместителей в молекулярной цепи ГПМЦ, что приводит к усилению взаимодействия между молекулой и водой. Это взаимодействие заставляет молекулярные цепи растягиваться еще больше, тем самым уменьшая прочность взаимодействия между молекулярными цепями. В определенном диапазоне концентраций увеличение содержания гидроксипропила помогает повысить степень гидратации и способствует взаимному расположению молекулярных цепей, так что сетчатая структура может быть сформирована при более высокой температуре. Поэтому температура гелеобразования обычно увеличивается с ростом содержания гидроксипропила.
HPMC с более высоким содержанием гидроксипропила (например, HPMC K15M) имеет тенденцию демонстрировать более высокую температуру гелеобразования при той же концентрации, чем AnxinCel®HPMC с более низким содержанием гидроксипропила (например, HPMC K4M). Это связано с тем, что более высокое содержание гидроксипропила затрудняет взаимодействие молекул и образование сетей при более низких температурах, требуя более высоких температур для преодоления этой гидратации и содействия межмолекулярным взаимодействиям для формирования трехмерной сетевой структуры.
3.2 Связь между содержанием гидроксипропила и концентрацией раствора
Концентрация раствора также является важным фактором, влияющим на температуру гелеобразования HPMC. В растворах HPMC высокой концентрации межмолекулярные взаимодействия сильнее, поэтому температура гелеобразования может быть выше, даже если содержание гидроксипропила ниже. При низких концентрациях взаимодействие между молекулами HPMC слабое, и раствор с большей вероятностью загустеет при более низких температурах.
При увеличении содержания гидроксипропила, хотя гидрофильность увеличивается, для образования геля все еще требуется более высокая температура. Особенно в условиях низкой концентрации температура гелеобразования увеличивается более значительно. Это связано с тем, что ГПМЦ с высоким содержанием гидроксипропила сложнее индуцировать взаимодействия между молекулярными цепями посредством изменения температуры, а процесс гелеобразования требует дополнительной тепловой энергии для преодоления эффекта гидратации.
3.3 Влияние содержания гидроксипропила на процесс гелеобразования
В определенном диапазоне содержания гидроксипропила процесс гелеобразования определяется взаимодействием между гидратацией и молекулярными цепями. Когда содержание гидроксипропила в молекуле ГПМЦ низкое, гидратация слабая, взаимодействие между молекулами сильное, и более низкая температура может способствовать образованию геля. Когда содержание гидроксипропила выше, гидратация значительно усиливается, взаимодействие между молекулярными цепями ослабевает, и температура гелеобразования повышается.
Более высокое содержание гидроксипропила также может привести к увеличению вязкости раствора ГПМЦ, что иногда приводит к повышению температуры начала гелеобразования.
Содержание гидроксипропила оказывает значительное влияние на температуру гелеобразованияГПМЦ. По мере увеличения содержания гидроксипропила гидрофильность ГПМЦ увеличивается, а взаимодействие между молекулярными цепями ослабевает, поэтому температура гелеобразования обычно увеличивается. Это явление можно объяснить механизмом взаимодействия между гидратацией и молекулярными цепями. Регулируя содержание гидроксипропила в ГПМЦ, можно добиться точного контроля температуры гелеобразования, тем самым оптимизируя производительность ГПМЦ в фармацевтической, пищевой и других промышленных приложениях.
Время публикации: 04.01.2025